【机械设计】非标自动化设备机构设计的一些构思技巧
点击下方名片｜关注时光 专注于机械领域的研究，分享机械设计经验，机械感悟，SW教学，机械资源，好书推荐的一个公 众号专栏。 所谓构思，通俗地说，就是根据已知条件和设计要求，考虑如何能够实现。对于机构设计工程师来说，主要发生在方案拟定阶段。想清楚了，有眉目了，那后面的工作就比较好开展了；没有思路或者出现疏漏，那就会非常急躁郁闷。那么，在实际的设计构思活动中，有些什么方法或技巧呢？ 1、从制造流程、工艺入手 对于一台多工艺的设备来说，首先要清楚生产产品时先做什么，后做什么，如何做，这就是制造流程和工艺问题。如果产品属于熟悉行业范畴，那这个环节的难度不是太高，基本属于轻车熟路，如果连产品是如何生产的都不清楚，那要顺利进行下去是不太可能的。因此我们需要不断学习，而且要能快速学习，不然，再坚实的机构设计功底也无法胜任各种非标项目。这里主要提醒以下几点：(1) 制造型企业通常有专职的制造工程师，对于制造流程、工艺的掌控，他们是最专业的。在开展具体项目时，要多向他们请教产品生产制造的诸多问题、窍门、瓶颈，从而更好地贯彻到机构设计中去。另一方面，大多数从事制造工程的，都不太懂机构设计，虽然看得多了也了解一些，并有一些日常改善积累起来的自信（例如某台设备上线时问题很多，在他们多方努力改善下，后来终于稳定），但专业认知方面始终不系统，所以很多时候不能站在机构设计工程师的角度，提出的建议可能会脱离实际，有时甚至是无稽之谈，这点需要去甄别和选择性吸收。(2) 绝大多数工艺都是通用的，只是放在不同行业中加入一些非标成分，就会有特殊的地方，并成为该行业所谓的技术机密。所以在平时的学习中，我们需要多注意这些共同的部分。例如很多行业都有点胶固定这个工艺，那么首先就要把点胶相关设备搞懂学会，至于以后从事哪个具体行业，设计不外乎是加入一些非标的元素罢了。(3) 绝对不要把对工艺的认识局限在工艺本身。例如学习锁螺丝机的设计，很多人可能会把焦点放在机构本身，这固然是必要的，但还远远不够，还需要思考如下这些问题：如产品螺丝拧紧方式是否合理，能否减少螺丝数量，甚至取消；客户的螺丝规格是否标准，来料尺寸是否稳定，如何确保；螺丝机是需要经常维护保养的，客户是否有这样的团队。类似这些，不考虑清楚，很容易带来麻烦。 2、方案比较 非标设备的机构设计方案，通常都不会是唯一的，有很多选择，这个时候，我们需要有对比分析和决策的能力。(1) 经常梳理和总结，熟悉各类机构特点（主要是精度、速度、负载和稳定性方面），这样在选择机构模式时，可以择优使用并避免犯根本性错误。(2) 以客户为导向，有些机构，用在A公司是可以的，用在B公司可能会出问题，要权衡一些非机构的因素。比如设备维护团队薄弱的企业，在导入设备过程中，一般会有各种别的困难。(3) 企业对生产设备的潜在要求（应用、成熟、非标、速成），也是方案取舍的一个因素，不要忽略。有些方案可行但实现起来比较麻烦，有些方案把握不大，有些方案后期维护性要求高，有些方案制作周期长······这些情况就要灵活决策了。 3、以产品为核心 无论用哪种设计方法或技巧，构思由始至终应该以产品为核心。例如做装配机，首先是将成品展开成组件，再对各个组件进一步分析，结合机构可行性，对装配合理性进行检讨和判断。事实上，无论是否做设备机构设计，如果产品结构能够考虑到自动化装配(DFA: design for automation)，那肯定会在结构上有所体现，例如定位更可靠，插装更顺畅，零件数量少······同样一款产品，设计上如果考虑了自动化，在设备机构设计上会便利和可靠很多；反之，则会让自动化实施者倍感头疼。现今多数公司的产品设计，都或多或少会有后续自动化的考量。这里强调一点：不要为了自动化而自动化，自动化其实是为产品制造服务的，如果产品改改结构，就可以不用做或减少自动化并达到同样的生产目标，那何乐而不为呢？要充分考虑产品本身设计的合理性，有一些结构注定是不稳定的或难以实现的，非要在设备机构上去绞尽脑汁，这是本末倒置的，往往效果也并不好。所以，推行自动化，首要的事情是从源头抓起，对产品的设计先行自动化，其后就水到渠成了。 4、动作模拟 很多机构，尤其是散件组装类，都是模拟人工作业的。但是，这种模拟是有一些原则的：(1) 动作要有所取舍。例如一些复杂的动作，人手操作起来很简单，但要用设备来实现，有时就比较麻烦了，需要进行运动的拆解和分析，保留有效的部分。(2) 动作要有所简化。例如，要把物体从一点移动到另一点，对轨迹并无要求，就尽可能用直线移动的机构方式。(3) 动作要有所节省。例如，在不影响功能的前提下，机构移动的行程应该尽可能小，这样运行起来快一些，不要不重视几毫米的节省，积少成多也会起到很大的作用。 5、培养空间感 技术行当中的感觉并不是虚无缥缈的，它依赖于大量的训练。(1) 参照物。做机构设计时，如果对设备的空间占据没有感觉，可以调用一个现成的标准人体3D模型（1.7m高）放在机构旁边，这样在具体的机构尺寸上会有个参照。(2) 从产品开始。工程软件类书籍中定义设计过程有“自上（总装图）而下（零件图）”和“自下而上”两种，其实指导意义不是太大。实际的设计过程是，围绕产品及其工艺，先大致构思总的方案（甚至可以手绘草图或在脑海中形成雏形），然后像模型树（先主干后枝节）一样展开，如果在某个节点遇到障碍或瓶颈，就进行分析和解决，有时甚至需要做模拟或实验，等到要绘制机构零件图时，事实上设计已经完成了大半。当然，在具体绘制零件和机构时，也会遭遇一些障碍和瓶颈，从而可能需要反过来修正总的方案。这样，从“总”到“零”，从“零”到“总”之间，可能会反复多次切换，直到最终的设计定型。(3) 让机构紧凑。跟产品设计一样，首先给机构定义一个尺寸目标，然后尽量在标准件选型和工件的绘制上给予考虑。这个过程有时很困难，有时可能结果未必理想，但经常这样训练自己的设计能力，会有意想不到的收获。(4) 人机协作。自动化设备的机构，自始至终都要考虑人的因素。最重要的莫过于设备的操作员和维护人员，体现为能够让操作员舒适操作，能够让维护人员方便维护。(5) 设计经验和禁忌。很多不合理的机构设计都是可以避免的，因此要多注意搜集和总结经验，熟悉常见的有悖机械原理的禁忌，减少低级疏忽。例如，要折弯一个板材，不同的成形刀设计，会有不同的品质表现，当了解这些后，机构的设计就会有更高的可靠性。这些需要自己去摸索，但这个不是三两天就能够练就的，首先需要有一定的量的积累，慢慢地才会有质的提升。 6、设计失效模式分析(DFMEA) 失效模式与影响分析（Failure Mode and Effect Analysis，FMEA）是一种可靠性设计的重要方法，而DFMEA是设计的FMEA。其核心理念是，在产品设计开发时，充分考虑产品在生产、运输、使用过程中所涉及的困难及问题，将所有可能出现的因素纳入预防范围，提前做好预防措施及解决方案。与其说这是一个工具，倒不如说是一个思考方法或品质意识。在设计过程中要经常自我检讨，不断修正一些不合理的细节。在这个过程中我们的思路是发散的，我们可以假设自己是作业员、维护人员、工艺工程师等，研究会出现什么状况，该如何处理。在实际操作中，一般用设计审查表（列出设备的机构可能遇到的问题及对策）来执行 DFMEA。 7、关注新资讯 设备的技术含量是由许多软硬要素构成的，有各种专业的配套供应商和服务商。例如，做一台插针机时会用到很多标准件，其性能对设备的意义不言而喻。所以设计人员需要经常留意行业资讯，包括新技术、新产品、新概念等，并将这些新意融入自己的设计中去，从而提升设备的创新程度和技术含量。机械设计的内容讲解到此结束，留言功能已开通，欢迎各位进行补充。-End-免责声明：本文系网络转载或改编，仅供学习，交流所用，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删。 觉得文章不错，就点个在看吧 来源：非标机械专栏
